一种 X 射线偏移的校正方法和装置 技术领域 本发明涉及计算机 X 射线断层成像 (CT， Computed Tomograpgy) 技术， 特别涉及一 种 X 射线偏移的校正方法和装置。
背景技术 随着医疗水平的进步， CT 扫描仪得到了广泛的应用， 图 1 为现有 CT 扫描仪的结构 示意图， 如图 1 所示， CT 扫描仪包括 ： 支架 101、 旋转机架 102、 球管 103、 探测器 104 和检查 床 105。其中， 旋转机架 102 通常为环形结构， 安装在支架 101 上， 旋转机架 102 位于由水平 轴 X 与竖直轴 Y 确定的平面内、 且能够绕该旋转机架 102 的 Z 轴旋转 ； 在旋转机架 102 上安 装有球管 103， 用于在垂直于 Z 轴的方向上发射 X 射线 ； 在旋转机架 102 上与球管相对的位 置安装有探测器 104， 用于接收 X 射线 ； 检查床 105 与 Z 轴平行， 且能够沿 Z 轴方向穿过旋 转机架 102 进行直线运动。
图 2 为现有准直器安装图。 在实际应用中， 通常在球管 103 上还安装有准直器 201， 用于在扫描前对 X 射线的方向进行调整。 然而， 在扫描过程中由于球管 103 焦点热漂移的影 响， X 射线在 Z 轴方向上会发生偏移。在现有技术中， 通常使用位置监测器 (PSD， Position Sensitive Device) 对 X 射线的偏移进行监测， 并将用于表示 X 射线偏移量的信号传递给 CT 控制系统， 在扫描结束后， CT 控制系统控制准直器 201 移动来补偿 X 射线的偏移。
可见， 现有技术所提供的方法是在扫描结束后， 对准直器进行调整， 对于扫描时间 很长的情况， 无法实时对偏移的 X 射线进行调整， 而且， 在实际应用中， 准直器移动的范围 是有限的， 因此对 X 射线偏移的补偿也是有限的， 这样就降低了 X 射线偏移的校正精度。
发明内容
有鉴于此， 本发明的主要目的在于提供一种 X 射线偏移的校正方法， 以实现 X 射线 偏移的实时校正， 且提高 X 射线偏移的校正精度。
本发明的另一目的在于提供一种 X 射线偏移的校正装置， 以实现 X 射线偏移的实 时校正， 且提高 X 射线偏移的校正精度。
因此， 本发明提供了一种 X 射线偏移的校正方法， 该方法包括以下步骤 ：
A、 计算与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子， 并 进行存储 ；
B、 在扫描过程中， 实时采集准直器沿 Z 轴方向的偏移量 ；
C、 根据所存储的与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正 因子， 以及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 对每一 Z 坐标处的实时扫描信号进行校 正。
步骤 A 中计算校正因子包括 ：
A1、 当准直器处于初始位置时， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线信号 ；
B1、 准直器连续以一固定步长在 Z 轴方向移动， 每移动一次后， 分别采集每一个 Z坐标处的 X 射线信号 ；
将每次移动后所采集的相同 Z 坐标处的 X 射线信号归到一组， 得到多组 X 射线信 号；
C1、 对每组信号做归一化处理 ；
D1、 对每组经归一化处理后的信号分别进行拟合， 将拟合结果作为所述与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子。
步骤 B1 中所述固定步长小于等于探测器通道在 Z 轴方向的采样间隔的 1/6。
步骤 C1 中所述对每组信号做归一化处理包括 ： 将组中的每个信号分别除以在准 直器处于初始位置时采集的同一 Z 坐标处的 X 射线信号。
步骤 D1 中所述拟合包括 ： 当探测器对 X 射线信号的响应方式为线性方式时， 采用 公式 S ＝ c1(ΔZ-c0)+1 对信号进行线性最小二乘拟合， 其中， S 为经归一化处理后的信号， ΔZ 为准直器沿 Z 轴方向的偏移量， c1 和 c0 为常数 ； 当探测器对 X 射线信号的响应方式为 2 非线性方式时， 采用公式 S ＝ c2(ΔZ-c0) +c1(ΔZ-c0)+1 对信号进行非线性最小二乘拟合， 其中， S 为经归一化处理后的信号， ΔZ 为准直器沿 Z 轴方向的偏移量， c 0、 c1 和 c2 为常数。
步骤 C 中所述对每一 Z 坐标处的实时扫描信号进行校正包括 ： 根据实时采集的准 直器沿 Z 轴方向的偏移量， 以及所述与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相 对应的校正因子， 查询出与每一 Z 坐标以及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量相对应 的校正因子 ； 将每一 Z 坐标处的实时扫描信号除以与该 Z 坐标以及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量相对应的校正因子， 作为每一 Z 坐标处的校正后信号。
本发明还提供了一种 X 射线偏移的校正装置， 该装置包括 ： 一个校正因子计算模 块、 一个位置监测器和一个图像重建系统， 其中，
所述校正因子计算模块， 用于计算与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏 移量相对应的校正因子， 并将与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的 校正因子存储于图像重建系统中 ；
所述位置监测器， 用于在扫描过程中， 实时采集准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 并将 所采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量传送给图像重建系统 (803) ；
所述图像重建系统， 用于根据所存储的与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一 个偏移量相对应的校正因子， 以及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 对每一 Z 坐标处 的实时扫描信号进行校正。
所述校正因子计算模块包括 ： 一个采集单元、 一个归一化单元和一个拟合单元， 其 中，
所述采集单元， 用于当准直器处于初始位置时， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线 信号 ； 并当准直器连续以一固定步长在 Z 轴方向每移动一次后， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线信号 ； 将每次移动后所采集的相同 Z 坐标处的 X 射线信号归到一组， 得到多组 X 射线 信号 ；
所述归一化单元， 用于对每组信号做归一化处理 ；
所述拟合单元， 用于对每组经归一化处理后的信号分别进行拟合， 将拟合结果作 为所述与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子。
所述固定步长小于等于探测器通道在 Z 轴方向的采样间隔的 1/6。所述图像重建系统包括 ： 一个查询单元和一个校正单元， 其中，
所述查询单元， 用于根据实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 以及所述与每 一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子， 查询出与每一 Z 坐标以 及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量相对应的校正因子 ；
所述校正单元， 用于将每一 Z 坐标处的实时扫描信号除以与该 Z 坐标以及实时采 集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量相对应的校正因子， 作为每一 Z 坐标处的校正后信号。
由上述技术方案可见， 本发明所提供的 X 射线偏移的校正方法和装置首先计算与 每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子， 并将与每一 Z 坐标以 及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子存储于 IRS 中 ； 在扫描过程中， 实时 采集准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 并将实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量传送给 IRS ； IRS 根据所存储的与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子， 以 及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 对每一 Z 坐标处的实时扫描信号进行校正。本 发明所提供的 X 射线偏移的校正方法和装置可实现 X 射线偏移的实时校正， 且提高 X 射线 偏移的校正精度。 附图说明 图 1 为现有 CT 扫描仪的结构示意图。
图 2 为现有准直器安装图。
图 3 为本发明所提供的一种 X 射线偏移的校正方法的流程图。
图 4 为步骤 301 中计算与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应 的校正因子的方法的流程图。
图 5 为本发明所提供的 X 射线偏移的校正方法实施例的流程图。
图 6 为本发明方法实施例中校正因子的计算方法示意图。
图 7 为与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子的存 储示意图。
图 8 为本发明所提供的 X 射线偏移的校正装置实施例的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下参照附图并举实施例， 对 本发明进一步详细说明。
图 3 为本发明所提供的一种 X 射线偏移的校正方法的流程图， 如图 3 所示， 该方法 包括以下步骤 ：
步骤 301， 计算与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因 子， 并将与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子存储于图像 重建系统 (IRS， Image Reconstruction System) 中。
图 4 为步骤 301 中计算与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应 的校正因子的方法的流程图， 如图 4 所示， 该方法包括以下步骤 ：
步骤 3011， 当准直器处于初始位置时， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线信号。
准直器处于初始位置时， X 射线未发生偏移， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线信号， 所述采集的方法与现有技术相同。
步骤 3012， 准直器连续以一固定步长在 Z 轴方向移动， 每移动一次后， 分别采集每 一个 Z 坐标处的 X 射线信号， 获得多组 X 射线信号。
在实际应用中， 每移动一次后， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线信号 ； 然后， 将每 次移动后所采集的相同 Z 坐标处的 X 射线信号归到一组， 例如， 将 Z1 坐标处的 X 射线信号 定义为组 1， 将 Z2 坐标处的 X 射线信号定义为组 2。其中， 组 1 包含 ： { 准直器移动一次后 Z1 坐标处的 X 射线信号、 准直器移动两次后 Z1 坐标处的 X 射线信号、……、 准直器移动 N 次后 Z1 坐标处的 X 射线信号 } ； 同理， 组 2 包含 ： { 准直器移动一次后 Z2 坐标处的 X 射线信 号、 准直器移动两次后 Z2 坐标处的 X 射线信号、 ……、 准直器移动 N 次后 Z2 坐标处的 X 射 线信号 }。
步骤 3013， 对每组信号做归一化处理。
具体计算方法为， 将组中的每个信号分别除以在准直器处于初始位置时采集的 同一 Z 坐标处的 X 射线信号。例如， 对组 1 的信号做归一化处理， 归一化处理后， 组1包 含： {( 准直器移动一次后 Z1 坐标处的 X 射线信号 )÷( 初始位置时 Z1 坐标处的 X 射线信 号 )、 ( 准直器移动两次后 Z1 坐标处的 X 射线信号 )÷( 初始位置时 Z1 坐标处的 X 射线信 号 )、……、 ( 准直器移动 N 次后 Z1 坐标处的 X 射线信号 )÷( 初始位置时 Z1 坐标处的 X 射线信号 )} ； 同理， 对组 2 的信号做归一化处理， 归一化处理后， 组 2 包含 ： {( 准直器移动一 次后 Z2 坐标处的 X 射线信号 )÷( 初始位置时 Z2 坐标处的 X 射线信号 )、 ( 准直器移动两 次后 Z2 坐标处的 X 射线信号 )÷( 初始位置时 Z2 坐标处的 X 射线信号 )、……、 ( 准直器 移动 N 次后 Z2 坐标处的 X 射线信号 )÷( 初始位置时 Z2 坐标处的 X 射线信号 )}。 步骤 3014， 对每组经归一化处理后的信号分别进行拟合， 将拟合结果作为与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子。
需要说明的是， 根据不同种类的探测器对 X 射线信号响应方式的不同， 对信号进 行拟合的方法可分为两种。当探测器对 X 射线信号的响应方式为线性方式时， 采用公式 S ＝ c1(ΔZ-c0)+1 对信号进行线性最小二乘拟合， 其中， S 为经归一化处理后的信号， ΔZ 为 准直器沿 Z 轴方向的偏移量， c1 和 c0 为常数 ； 当探测器对 X 射线信号的响应方式为非线性 2 方式时， 采用公式 S ＝ c2(ΔZ-c0) +c1(ΔZ-c0)+1 对信号进行非线性最小二乘拟合， 其中， S 为经归一化处理后的信号， ΔZ 为准直器沿 Z 轴方向的偏移量， c0、 c1 和 c2 为常数。在拟合 时， ΔZ 近似等于准直器的移动距离。
根据乃奎斯特采样定理， 采样频率至少为原信号频率的 2 倍， 而在本发明中， 当对 每组经归一化处理后的信号进行非线性最小二乘拟合时， 要求每组至少包含三个信号点， 因此， 在实际应用中， 要求步骤 3012 中准直器移动时所采用的固定步长最多为 ( 即， 小于等 于 ) 探测器通道在 Z 轴方向的采样间隔的 1/6。
至此， 对步骤 301 中计算与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对 应的校正因子的方法介绍完毕。
步骤 302， 在扫描过程中， 实时采集准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 并将实时采集的 准直器沿 Z 轴方向的偏移量传送给 IRS。
步骤 303， IRS 根据所存储的与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相 对应的校正因子， 以及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 对每一 Z 坐标处的实时扫描
信号进行校正。
IRS 根据实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量、 与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴 方向每一个偏移量相对应的校正因子， 可查询出与每一 Z 坐标以及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量相对应的校正因子， 并依据查询出的与每一 Z 坐标以及实时采集的准直器 沿 Z 轴方向的偏移量相对应的校正因子， 对每一 Z 坐标处的实时扫描信号进行校正。具体 校正的方法为， 将每一 Z 坐标处的实时扫描信号除以与该 Z 坐标以及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量相对应的校正因子， 作为每一 Z 坐标处的校正后信号。
至此， 对本发明所提供的一种 X 射线偏移的校正方法介绍完毕。
下面通过一个实施例详细说明本发明所提供的 X 射线偏移的校正方法， 图 5 为本 发明所提供的 X 射线偏移的校正方法实施例的流程图， 如图 5 所示， 该方法包括以下步骤 ：
步骤 501， 当准直器处于初始位置时， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线信号。
图 6 为本发明方法实施例中校正因子的计算方法示意图， 如图 6 所示， 其中图 A 为 步骤 501 中当准直器处于初始位置时所采集的信号， 横坐标为 Z 轴方向的坐标 Z， 纵坐标为 信号强度 S0， 以采集两个 Z 坐标 Z1 和 Z2 处的 X 射线信号为例， A0 点的坐标为 (0.09， 90)， B0 点的坐标为 (0.20， 70)。 步骤 502， 准直器移动一次， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线信号， 准直器移动的 距离为 0.08 倍探测器通道在 Z 轴方向的采样间隔。
假设 0.08 倍探测器通道在 Z 轴方向的采样间隔为 0.5mm， 即相对于初始位置， 准 直器移动的距离为 ΔZ1 ＝ 0.5mm， 如图 6 所示， 其中图 B 为准直器移动 ΔZ1 后所采集的信 号， 横坐标为 Z 轴方向的坐标 Z， 纵坐标为信号强度 S1， A1 点的坐标为 (0.09， 80)， B1 点的 坐标为 (0.20， 60)。
步骤 503， 准直器第二次移动， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线信号， 此次准直器 移动的距离依然为 0.08 倍探测器通道在 Z 轴方向的采样间隔。
相对于初始位置， 准直器移动的距离为 ΔZ2 ＝ 1mm， 如图 6 所示， 其中图 C 为准直 器移动 ΔZ2 后所采集的信号， 横坐标为 Z 轴方向的坐标 Z， 纵坐标为信号强度 S2， A2 点的 坐标为 (0.09， 70)， B2 点的坐标为 (0.20， 50)。
将 Z1 坐标处的信号定义为组 1， 组 1 中包含的信号为 ： {80， 70} ； 将 Z2 坐标处的信 号定义为组 2， 组 2 中包含的信号为 ： {60， 50}。
步骤 504， 对这两组信号做归一化处理。
计算方法为， 首先， 对组 1 中的信号做归一化处理， 组 1 中的信号均除以初始位置 时 Z1 坐标处采集的 X 射线信号， 组 1 中包含的经归一化处理后的信号为 ： {8/9， 7/9} ； 对组 2 中的信号做归一化处理， 组 2 中的信号均除以初始位置时 Z2 坐标处采集的 X 射线信号， 组 2 中包含的经归一化处理后的信号为 ： {6/7， 5/7}。
步骤 505， 分别对两组经归一化处理后的信号进行线性拟合， 将拟合结果作为与每 一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子。
如图 6 所示， 图 D 为对组 1 中经归一化处理后的信号的线性最小二乘拟合结果， 其 中， 直线上每一点的横坐标为沿 Z 轴方向的偏移量 ΔZ， 纵坐标为校正因子 S′， A3 点的坐 标为 (0.5， 8/9)， A4 点的坐标为 (1， 7/9) ； 图 D 为对组 2 中经归一化处理后的信号的线性最 小二乘拟合结果， 其中， 直线上每一点的横坐标为沿 Z 轴方向的偏移量 ΔZ， 纵坐标为校正
因子 S′， B3 点的坐标为 (0.5， 6/7)， B4 点的坐标为 (1， 5/7)。
可见， 当沿 Z 轴方向的偏移量为 0.08 倍探测器通道在 Z 轴方向采样间隔时， Z 坐标 为 0.09 的信号点的校正因子为 8/9， Z 坐标为 0.20 的信号点的校正因子为 6/7 ； 当沿 Z 轴 方向的偏移量为 2×0.08 倍探测器通道在 Z 轴方向采样间隔时， Z 坐标为 0.09 的信号点的 校正因子为 7/9， Z 坐标为 0.20 的信号点的校正因子为 5/7。
如何进行最小二乘拟合为现有技术， 不再赘述。
步骤 506， 将与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子 存储于 IRS 中。
在实际应用中与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因 子通常以表格的形式存储于 IRS 中， 图 7 为与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏 移量相对应的校正因子的存储示意图， 如图 7 所示， 与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每 一个偏移量对应一个校正因子， 例如， 与 Z1 坐标以及准直器器沿 Z 轴方向偏移量 ΔZ1 对应 的校正因子为 S11， 与 Z2 坐标以及准直器沿 Z 轴方向偏移量 ΔZ2 对应的校正因子为 S22。
步骤 507， 在扫描过程中， 实时采集准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 并将实时采集的 准直器沿 Z 轴方向的偏移量传送给 IRS， IRS 根据所存储的与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴 方向每一个偏移量相对应的校正因子， 查询出每一 Z 坐标以及实时采集的准直器沿 Z 轴方 向的偏移量相对应的校正因子， 将每一 Z 坐标处的实时扫描信号除以与该 Z 坐标以及实时 采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量相对应的校正因子， 作为每一 Z 坐标处的校正后信号。
基于上述 X 射线偏移的校正方法， 下面对本发明所提供的一种 X 射线偏移的校正 装置进行介绍， 图 8 为本发明所提供的 X 射线偏移的校正装置实施例的结构图， 如图 8 所 示， 该装置包括 ： 一个校正因子计算模块 801、 一个 PSD 802 和一个 IRS 803。
其中， 校正因子计算模块 801 用于计算与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一 个偏移量相对应的校正因子， 并将与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对 应的校正因子存储于图像重建系统 803 中。
校正因子计算模块 801 包括 ： 一个采集单元 8011、 一个归一化单元 8012 和一个拟 合单元 8013。
采集单元 8011 用于当准直器处于初始位置时， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线 信号 ； 并当准直器连续以一固定步长在 Z 轴方向每移动一次后， 分别采集每一个 Z 坐标处的 X 射线信号 ； 将每次移动后所采集的相同 Z 坐标处的 X 射线信号归到一组， 得到多组 X 射线 信号。
归一化单元 8012 用于对每组信号做归一化处理。
拟合单元 8013 用于对每组经归一化处理后的信号分别进行拟合， 将拟合结果作 为所述与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量的校正因子。
其中， PSD 802 用于在扫描过程中实时采集准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 并将所采 集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量传送给 IRS 803。
其中， IRS 803 用于根据所存储的与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏 移量相对应的校正因子， 以及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 对每一 Z 坐标处的实 时扫描信号进行校正。
IRS 803 包括一个查询单元 8031 和一个校正单元 8032。查询单元 8031 用于根据实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量， 以及所述与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子， 查询出每一 Z 坐标以及实时 采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量相对应的校正因子。
校正单元 8032 用于计算校正后信号， 将每一 Z 坐标处的实时扫描信号除以与该 Z 坐标以及实时采集的准直器沿 Z 轴方向的偏移量相对应的校正因子， 作为每一 Z 坐标处的 校正后信号。
本发明所提供的一种 X 射线偏移的校正装置实施例的具体说明请参照图 3 所示方 法的相应说明， 此处不再赘述。
可见， 基于本发明所提供的一种 X 射线偏移的校正方法和装置， 可根据预先存储 在 IRS 中的与每一 Z 坐标以及准直器沿 Z 轴方向每一个偏移量相对应的校正因子， 对每一 Z 坐标处的实时扫描信号进行实时校正， 提高了 X 射线偏移的校正精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换以及改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。